Bezpieczna teleportacja kwantowa a optymalne klonowanie kwantowe - Bartkiewicz, Karol (My University, 2012)
W mojej pracy opisałem problem bezpieczeństwa procesu teleportacji kwantowej zakładając istnienie szumu przy dystrybucji stanu splątanego. Rozważyłem dwa typy teleportowanych stanów. Są to: kubit oraz stan koherentny. Uzyskałem szereg wyników teoretycznych i doświadczalnych. Wprowadziłem dwie klasy optymalnych maszyn klonujących: lustrzane fazowoniezmiennicze maszyny klonujące oraz maszyny osiowosymetryczne. Zademonstrowałem, że maszyny klonujące w optymalny sposób zbiory kubitów o wysokiej symetrii są optymalne dla pewnych dystrybucji o niższej symetrii. Zaimplementowałem pierwszą wielofunkcyją maszynę klonującą, która może mieć zastosowanie w praktycznym przetwarzaniu informacji kwantowej. Opracowałem kryterium bezpieczeństwa teleportacji kubitów, które ogranicza minimalną wierność teleportacji. Pokazałem, że wierność teleportacji zapewniająca bezpieczeństwo zależy od rodzaju i siły tłumienia i od wybranego zakresu teleportowanych kubitów (zależy od niego postać optymalnej maszyny klonującej). Podałem zakres klonowanych stanów oraz tłumienia zapewniających bezpieczeństwo przy ataku z użyciem optymalnych klonerów. Przeprowadziłem podobną analizę dla stanów koherentych i klonowania przy użyciu operacji gaussowskich. Wykazałem, że w pewnych warunkach kontrolowane tłumienie zwiększa wierność teleportacji. Powiązałem stopień łamania nierówności EPR z wiernością klonowania. Zaproponowałem kryterium optymalizacji teleportacji stanów koherentnych, które może mieć zastosowania praktyczne.

In my thesis I analyzed the security of quantum teleportation protocols while assuming damping during distribution of the entangled state. I considered two different types of quantum states to be teleported, i.e., qubits and coherent states. I introduced two classes of optimal quantum cloning machines: mirror phase-covariant cloners and axially-symmetric cloners. I showed that the cloning machines optimal for cloning of highly symmetric sets of qubits can be also optimal for sets of lower symmetry. I described the first implementation of a multifunctional cloner. The device has a wide range of applications in quantum information processing. In case of teleportation of qubits I established a security criterion that provides a lower limit on the fidelity of teleportation. I took into account various types of damping. I showed that fidelity depends on the type and strength of damping and on the set of teleported qubits. Assuming that the eavesdropper uses a state dependent cloner I characterized the range of qubits and damping providing secure teleportation. For coherent states I investigated the influence of amplitude damping on entanglement distribution in Furusawa’s teleportation scheme. I described conditions for a quantum channel to provide teleportation with fidelity better than in case of classical communication or optimal cloning employing Gaussian operations. I related the degree of violation of the EPR inequality to the fidelity of teleportation. I designed the optimality criterion for Furusawa’s teleportation scheme which can be applied in practical situations.
Secure quantum teleportation and optimal quantum cloning
Wydział Fizyki: Zakład Optyki Nieliniowej
Keywords: teleportacja; teleportation; klonowanie; cloning; kubit; qubit; komunikacja; communication; bezpieczeństwo; security